麻瘋樹餅粕提取液在鹽酸溶液中對鋁的緩蝕作用

楊 成,王 婭,楊雨嘉

(貴州民族大學化學與環境科學學院,貴州貴陽550025)

麻瘋樹餅粕提取液在鹽酸溶液中對鋁的緩蝕作用

楊 成,王 婭,楊雨嘉

(貴州民族大學化學與環境科學學院,貴州貴陽550025)

采用失重法就麻瘋樹餅粕提取液(JSME)在鹽酸溶液中對鋁的緩蝕作用進行了研究。結果表明,粒度大于60目的麻瘋樹餅粕,用1%～5%鹽酸在液固比為8∶1(m L∶g)、提取溫度為60～80℃、提取時間為2～4 h的條件下提取得到的麻瘋樹餅粕提取液在鹽酸溶液中對鋁具有較好的緩蝕效果,與烏洛托品或苯并三氮唑緩蝕劑復配后,對鋁的緩蝕效果明顯提高,具有良好的協同效應。

麻瘋樹餅粕提取液;鹽酸;緩蝕作用;鋁

金屬腐蝕是現代工業和生活中的重要破壞因素[1],全世界每年因腐蝕而報廢的鋼鐵設備約為鋼鐵年產量的1/3,經濟損失巨大[2]。為此,人們不斷探索各種防止金屬腐蝕的方法,其中,向引起金屬腐蝕的介質中添加緩蝕劑具有工藝簡單、成本低廉、效果好、適用性強等優點,被廣泛用于石油和天然氣的開采煉制、機械、化工和能源等領域,已成為重要的防腐蝕手段[1,3-5]。近年來,隨著人類環保意識的增強,研發高效、環境友好的新型緩蝕劑越來越受到重視[6-8]。從天然物質中提取有效成分作為緩蝕劑,具有低毒、低殘留及后處理簡單等優點,是目前環境友好型緩蝕劑研究的熱點[9-18]。

麻瘋樹是國際公認的生產生物柴油的樹種,在世界各地都廣泛種植[19]。麻瘋樹餅粕是麻瘋樹籽提取麻瘋樹油之后的副產物,1 ha麻瘋樹籽榨油后可產生2.5 t的餅粕,按有關部門規劃,到2015年我國麻瘋樹餅粕年產量將達2000萬t,產量巨大[20]。由于麻瘋樹餅粕存在一定的毒性,目前,除少量用于肥料、飼料[21-27]、藥用[28-33]等方面外,大多作為廢棄物丟棄,造成資源的嚴重浪費。而麻瘋樹餅粕中含有豐富的蛋白質(粗蛋白含量高達30%以上)[22,34,35],可提取多種氨基酸,如制備成緩蝕劑可用于金屬的腐蝕防護,但目前尚未見報道。

作者在此采用失重法研究了麻瘋樹餅粕提取液在鹽酸溶液中對鋁的緩蝕作用,擬為新型環境友好型緩蝕劑的開發、麻瘋樹餅粕的資源化利用新途徑提供依據。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

麻瘋樹餅粕為麻瘋樹籽榨油后的副產物(帶殼),由貴州大學精細化工中心提供。I型標準鋁片(50 mm× 25 mm×2 mm),江蘇揚州正中不銹鋼有限公司。

丙酮、烏洛托品、苯并三氮唑、鹽酸均為分析純;水為去離子水。

TP114型電子天平;HH-6型恒溫水浴鍋;GZX-907MBE型數顯電熱鼓風干燥箱。

1.2 麻瘋樹餅粕提取液的制備

將麻瘋樹餅粕放入70℃烘箱中烘24 h,取出粉碎,過篩。稱取一定目數的餅粕和一定濃度的鹽酸溶液按一定的液固比(m L∶g,下同)裝入1000 m L的三頸瓶中,攪拌,在一定溫度下提取,冷卻,過濾,得麻瘋樹餅粕提取液。

1.3 緩蝕效果的評定

通過測定緩蝕率來評價麻瘋樹餅粕提取液對鋁的緩蝕效果。測定采用靜置浸泡失重法進行:試樣面積與酸洗液的體積比為1∶30(cm2∶m L),腐蝕介質為1 mol·L-1的鹽酸溶液,實驗溫度為30℃,腐蝕時間為2 h。

腐蝕速率按下式計算:

式中:V為腐蝕速率,g·m-2·h-1;W0為試樣質量,g;Wi為試樣腐蝕后除去腐蝕產物的質量,g;S為試樣暴露在酸洗液中的總表面積,m2;t為腐蝕實驗時間,h。

緩蝕率按下式計算:

式中:P為緩蝕率,%;V0、Vi分別為不加緩蝕劑、加緩蝕劑時試樣在酸洗液中的腐蝕速率,g·m-2·h-1。

2 結果與討論

2.1 液固比對緩蝕效果的影響

取60目的麻瘋樹餅粕20 g,按液固比4∶1、6∶1、8∶1、10∶1的比例分別加入5%鹽酸溶液80 m L、120 m L、160 m L、200 m L,在80℃下提取2 h,過濾,收集提取液。在1 mol·L-1的鹽酸溶液中加入10%的提取液,考察液固比對鋁緩蝕效果的影響,結果見表1。

表1 液固比對鋁緩蝕效果的影響Tab.1 Effect of liquid-solid ratio on corrosion inhibition for aluminum

從表1可看出,麻瘋樹餅粕提取液對鋁的緩蝕率隨著液固比的增大而降低。原因可能是,隨液固比的增大,麻瘋樹餅粕提取液中有效成分的含量減少,導致對鋁的緩蝕效果降低。雖然液固比為4∶1時得到的提取液的緩蝕效果最好,但提取液的量也最少,綜合考慮,選擇適宜的液固比為8∶1。

2.2 提取劑濃度對緩蝕效果的影響

取60目的麻瘋樹餅粕20 g,按液固比8∶1加入濃度為0%、1%、5%、10%的鹽酸溶液160 m L,在80℃下提取2 h,過濾,收集提取液。在1 mol·L-1的鹽酸溶液中加入10%的提取液,考察提取劑濃度對鋁緩蝕效果的影響,結果見表2。

表2 提取劑濃度對鋁緩蝕效果的影響Tab.2 Effect of extractant concentration on corrosion inhibition for aluminum

從表2可看出,隨提取劑濃度的升高,麻瘋樹餅粕提取液對鋁的緩蝕效果先提高后降低。這是因為,提取劑濃度越高,提取出來的有效成分含量越高,對鋁的緩蝕效果越好;但提取劑濃度過高時,提取液中的酸也會對鋁造成腐蝕,反而造成緩蝕率降低。鹽酸濃度為1%～5%時得到的提取液具有較好的緩蝕效果。因此,選擇適宜的提取劑濃度為1%～5%。

2.3 提取時間對緩蝕效果的影響

取60目的麻瘋樹餅粕20 g,按液固比8∶1加入5%的鹽酸溶液160 m L,在80℃下分別提取0.5 h、2 h、4 h、10 h,過濾,收集提取液。在1 mol·L-1的鹽酸溶液中加入10%的提取液,考察提取時間對鋁緩蝕效果的影響,結果見表3。

表3 提取時間對鋁緩蝕效果的影響Tab.3 Effect of extraction time on corrosion inhibition for aluminum

從表3可看出,隨提取時間的延長,麻瘋樹餅粕提取液對鋁的緩蝕效果先提高后降低,提取2～4 h得到的提取液具有較好的緩蝕效果。因此,選擇適宜的提取時間為2～4 h。

2.4 提取溫度對緩蝕效果的影響

取60目的麻瘋樹餅粕20 g,按液固比8∶1加入5%的鹽酸溶液160 m L,分別在20℃、40℃、60℃、80℃、100℃下提取2 h,過濾,收集提取液。在1 mol ·L-1的鹽酸溶液中加入10%的提取液,考察提取溫度對鋁緩蝕效果的影響,結果見表4。

表4 提取溫度對鋁緩蝕效果的影響Tab.4 Effect of extraction temperature on corrosion inhibition for aluminum

從表4可看出,隨提取溫度的升高,麻瘋樹餅粕提取液的緩蝕效果相應提高,說明麻瘋樹餅粕的有效成分在高溫下容易被提取出來。但在提取過程中發現, 100℃下得到的提取液顏色發黑,影響產品的外觀。60～80℃下的麻瘋樹餅粕提取液對鋁的緩蝕效果已經很好,因此,選擇適宜的提取溫度為60～80℃。

2.5 粒度對緩蝕效果的影響

分別取35目、60目、120目、原始物料的麻瘋樹餅粕20 g,按液固比8∶1加入5%的鹽酸溶液160 m L,在80℃下提取2 h,過濾,收集提取液。在1 mol· L-1的鹽酸溶液中加入10%的提取液,考察粒度對鋁緩蝕效果的影響,結果見表5。

表5 粒度對鋁緩蝕效果的影響Tab.5 Effect of particle size on corrosion inhibition for aluminum

從表5可看出,顆粒越細的餅粕提取液的緩蝕效果越好。這是因為,顆粒越小其表面能越高、比表面積越大,餅粕與水解液接觸面越大,有效成分越易被浸出,有效成分的含量越高,對鋁的緩蝕效果就越好。當麻瘋樹餅粕粒度大于60目時,其提取液的緩蝕效果理想。因此,選擇適宜的粒度為大于60目。

2.6 提取液用量對緩蝕效果的影響

取60目麻瘋樹餅粕,在液固比為8∶1、提取溫度為80℃、提取時間為2 h的條件下制備提取液。在1 mol·L-1的鹽酸溶液中分別加入1%、2%、5%、10%的提取液,考察提取液用量對鋁緩蝕效果的影響,結果見表6。

表6 提取液用量對鋁緩蝕效果影響的測定結果Tab.6 Effect of extracts dosage on corrosion inhibition for aluminum

從表6可看出,提取液用量越大,對鋁的緩蝕效果越好。在1 mol·L-1的鹽酸介質中,提取液用量為10%時,對鋁已具有較好的緩蝕效果,腐蝕速率為1.06 g·m2·h-1,緩蝕率達到96.6%。因此,選擇適宜的提取液用量為10%。

2.7 與烏洛托品、苯并三氮唑復配的緩蝕效果

為了提高麻瘋樹餅粕提取液的緩蝕率,選擇60目麻瘋樹餅粕,在液固比為8∶1、提取溫度為80℃、提取時間為2 h的條件下制備提取液,并分別與烏洛托品和苯并三氮唑進行復配。在1 mol·L-1的鹽酸溶液中,考察復配對鋁緩蝕效果的影響,結果見表7。

表7 復配對鋁緩蝕效果的影響Tab.7 Effect of extractives compounded with hexamethylene triamine or 1,2,3-bengotriazle on corrosion inhibition for aluminum

從表7可看出,加入烏洛托品或苯并三氮唑能顯著提高麻瘋樹餅粕提取液對鋁的緩蝕效果,均具有較好的協同效果。當麻瘋樹餅粕提取液用量為10%時,對鋁的緩蝕率為96.6%;與1%的烏洛托品或2‰的苯并三氮唑復配后,對鋁的緩蝕率分別提高至98.1%和97.1%。

3 結論

(1)對粒度大于60目的麻瘋樹餅粕,用1%～5%的鹽酸在液固比為8∶1、提取溫度為60～80℃、提取時間為2～4 h的條件下提取得到的麻瘋樹餅粕提取液在鹽酸溶液中對鋁具有較好的緩蝕效果。

(2)30℃下在1 mol·L-1的鹽酸溶液中單獨使用麻瘋樹餅粕提取液的量為10%時,對鋁的緩蝕率達到96.6%;與1%烏洛托品或2‰苯并三氮唑復配后,對鋁的緩蝕率分別提高到98.1%、97.1%,具有較好的協同效果。

(3)麻瘋樹餅粕的有效成分提取簡單,為易溶、穩定、無毒、環境友好型緩蝕劑,具有較高的推廣價值。

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Corrosion Inhibition of Extracts from Jatropha Curcas L.Seed Meal on Aluminum in Hydrochloric Acid Solution

YANG Cheng,WANG Ya,YANG Yu-jia
(College of Chemistry and Environmental Science,Guizhou Minzu University,Guiyang 550025,China)

Corrosion inhibition of extracts from Jatropha curcas L.seed meal(JSME)on aluminum in hydrochloric acid solution is studied by the method of weight-loss in the paper.The results show that the JSME is a good inhibitor in hydrochloric acid for aluminum.The corrosion inhibiting effect of JSME can be improved significantly and has a good synergistic effect when combined with hexamethylene triamine or 1,2,3-bengotriazle.

extracts from Jatropha curcas L.seed meal;hydrochloric acid;corrosion inhibition;aluminum

TG 174.42

A

1672-5425(2013)07-0037-04

10.3969/j.issn.1672-5425.2013.07.010

貴州省優秀科技教育人才省長資金資助項目(黔省專合字[2012]72號)

2013-05-03

楊成(1979-),男,貴州凱里人,博士,副教授,研究方向:固體廢棄物資源化利用,E-mail:yang-cheng513@163.com。